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Chaos und Strukturbildung

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Physikdidaktik | Methoden und Inhalte

Zusammenfassung

Die nichtlineare Physik hat sich zu einem etablierten Forschungsbereich entwickelt. Sie hilft bei der Beschreibung und beim Verständnis von komplexen Systemen und faszinierenden Phänomenen (z. B. Sandrippen am Strand, Konvektionszellen in Flüssigkeiten). Solche Beispiele zeigen aber auch, dass eine Beschränkung auf lineare Zusammenhänge, wie sie für die klassische Physik, aber auch für die Quantenmechanik typisch ist, zahlreiche Sachverhalte nicht erklären kann. Chaos, viele Formen der Selbstorganisation oder Fraktale sind solche Themenbereiche.

In diesem Kapitel werden Möglichkeiten skizziert, grundlegende Phänomene, Fragestellungen und experimentelle Untersuchungen der nichtlinearen Physik in den Physikunterricht aufzunehmen. Bezüge zu den Bildungsstandards für den Mittleren Abschluss im Fach Physik und zu den einheitlichen Prüfungsanforderungen der Abiturprüfung (EPA) werden aufgezeigt.

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Literatur

  • Backhaus, U., Schlichting, H.J. (1987): Ein Karussell mit chaotischen Möglichkeiten. Praxis der Naturwissenschaften. Physik 36/7, 14–22.

    Google Scholar 

  • Backhaus, U., Schlichting, H.J. (1990): Auf der Suche nach Ordnung im Chaos. Der mathematische und naturwissenschaftliche Unterricht 43/8, 456–466.

    Google Scholar 

  • Bell, T. (2003): Strukturprinzipien der Selbstregulation. Komplexe Systeme, Elementarisierungen und Lernprozessstudien für den Unterricht der Sekundarstufe II. Berlin: Logos Verlag.

    Google Scholar 

  • Boysen, G. et al. (2000): Oberstufe Physik. (Sachsen-Anhalt 11). Berlin: Cornelsen Verlag.

    Google Scholar 

  • Buttkus, B., Nordmeier, V., Schlichting, H. J. (1993): Der chaotische Prellball. In: Deutsche Physikalische Gesellschaft (Hrsg.): Didaktik der Physik. Vorträge der Frühjahrstagung der DPG Esslingen 1993, 455–461.

    Google Scholar 

  • Buttkus, B., Schlichting, H. J., Nordmeier, V. (1995): Tropfendes Wasser als chaotisches System. Physik in der Schule 33/2, 67–71.

    Google Scholar 

  • Bybee, R.W. (2002): Scientific Literacy – Mythos oder Realität. In Gräber, W., Nentwig, P., Koballa, T. & Evans, R. (Hrsg.), Scientific Literacy. Der Beitrag der Naturwissenschaften zur Allgemeinen Bildung, 21–43. Opladen: Leske + Budrich.

    Google Scholar 

  • EPA (2004): Einheitliche Prüfungsanforderungen in der Abiturprüfung Physik. Beschluss der Kultusministerkonferenz v. 1.12.1989 i.d.F. vom 5.2.2004.

    Google Scholar 

  • Euler, M. (1995): Synergetik für Fußgänger I – Selbsterregte Schwingungen in mechanischen und elektronischen Systemen. Physik in der Schule Nr. 5, S. 189–194. Synergetik für Fußgänger II – Laseranalogie und Selbstorganisationsprozesse bei selbsterregten Schwingern. Physik in der Schule Nr. 6, 237–242.

    Google Scholar 

  • Haupt, J., Nordmeier, V. (2014): Ergebnisse einer Bedarfsanalyse zur unterrichtlichen Aufbereitung der Nichtlinearen Physik. In Nordmeier, V.; Grötzebauch, H. (Hrsg.): PhyDid B, Didaktik der Physik, Beiträge zur DPG-Frühjahrstagung, Frankfurt.

    Google Scholar 

  • Höttecke, D. (2013): Forschend-entdeckenden Unterricht authentisch gestalten – ein Problemaufriss. In: Bernholt, S. (Hrsg.): Gesellschaft für Didaktik der Chemie und Physik. 33. Jahrestagung der Gesellschaft für Didaktik der Chemie und Physik 2012, 63–79.

    Google Scholar 

  • KMK (2005): Sekretariat der Ständigen Konferenz der Kultusminister der Länder in der Bundesrepublik Deutschland: Bildungsstandards im Fach Physik für den Mittleren Schulabschluss. Beschluss vom 16.12.2004. München: Wolter Kluwer.

    Google Scholar 

  • Komorek, M. (1998): Elementarisierung und Lernprozesse im Bereich des deterministischen Chaos. Kiel: IPN-Materialien.

    Google Scholar 

  • Komorek, M., Duit, R., Schnegelberger, M. (Hrsg.) (1998): Fraktale im Unterricht. Zur didaktischen Bedeutung des Fraktalbegriffs. Kiel: IPN-Materialien.

    Google Scholar 

  • Komorek, M., Wendorff, L., Duit, R. (2002): Expertenbefragung zum Bildungswert der nichtlinearen Physik; in: ZfDN Nr. 8, 33–51.

    Google Scholar 

  • Korneck, F. (1998): Die Strömungsdynamik als Zugang zur nichtlinearen Dynamik. Aachen: Shaker Verlag.

    Google Scholar 

  • Köhler, M., Nordmeier, V., Schlichting, H.J. (2001): Chaos im Sonnensystem. In V. Nordmeier, (Red.): Didaktik der Physik – Bremen 2001. Berlin: Lehmanns Media.

    Google Scholar 

  • Lichtenberg, G. Ch. (1980): Schriften und Briefe Band II. München: Hanser.

    Google Scholar 

  • Luchner, K., Worg, R. (1986): Chaotische Schwingungen. Praxis der Naturwissenschaften – Physik 35/4, 9.

    Google Scholar 

  • Mandelbrot, B.B. (1987): Die fraktale Geometrie der Natur. Basel: Birkhäuser Verlag.

    Book  Google Scholar 

  • Mayer, J. (2007). Erkenntnisgewinnung als wissenschaftliches Problemlösen. In Krüger, D. & Vogt, H. (Hrsg.), Theorien in der biologiedidaktischen Forschung. Ein Handbuch für Lehramtsstudenten und Doktoranden, 177–184. Berlin, Heidelberg: Springer-Verlag Berlin Heidelberg.

    Google Scholar 

  • Mayer, J.; Grube, C., Möller, A. (2008): Kompetenzmodell naturwissenschaftlicher Erkenntnisgewinnung. In: Klee, R.; Harms, U. (Hrsg.): Ausbildung und Professionalisierung von Lehrkräften, 63–79.

    Google Scholar 

  • Nawrath, D.; Maiseyenka, V., Schecker, H. (2011): Experimentelle Kompetenz – Ein Modell für die Unterrichtspraxis. In: Praxis der Naturwissenschaften – Physik in der Schule, 60(6), 42–48.

    Google Scholar 

  • Nordmeier, V. (1993): Fraktale Strukturbildung – Einfache Experimente für den Physikunterricht. In: Physik in der Schule, 4/31, 152.

    Google Scholar 

  • Nordmeier, V. (1999): Zugänge zur nichtlinearen Physik am Beispiel fraktaler Wachstumsphänomene. Ein generisches Fraktal-Konzept. Münster: LIT-Verlag.

    Google Scholar 

  • Nordmeier, V. (2006): Dünen und Sandrippel – Strukturbildungsphänomene in der Natur. In: Praxis der Naturwissenschaften – Physik 3/55, 13–18.

    Google Scholar 

  • Nordmeier, V., Jonas, O. (2006): Neue Wege ins Chaos – Experimente mit dem ‚Universalpendel’. In V. Nordmeier & A. Oberländer (Hrsg.): Didaktik der Physik – Kassel 2006. Berlin: Lehmanns Media.

    Google Scholar 

  • Nordmeier, V., Schlichting, H. J. (1996): Auf der Suche nach Strukturen komplexer Phänomene. (Themenheft Komplexe Systeme). Praxis der Naturwissenschaften – Physik 1/45, 22–28.

    Google Scholar 

  • Nordmeier, V., Schlichting, H. J. (2003): Nichtlinearität und Strukturbildung. Chaos für die Schule. In: Physik in unserer Zeit 1/34, 32–39.

    Google Scholar 

  • Nordmeier, V., Schlichting, H. J. (2006): Einfache Experimente zur Selbstorganisation – Strukturbildung von Sand und anderen Granulaten. In: Unterricht Physik 17/94, 28–31.

    Google Scholar 

  • Nordmeier, V., Schlichting, H. J. (2008): Physik beim Frühstück. Unterricht Physik 19/105-106, 12–16.

    Google Scholar 

  • Peitgen, H.-O., Jürgens, H., Saupe, D. (1992): Bausteine des Chaos – Fraktale. Berlin: Klett-Cotta/Springer-Verlag.

    Book  Google Scholar 

  • Prigogine, I. et al. (1991): Anfänge. Berlin: Merve.

    Google Scholar 

  • Rössler, O. E. (1977): In H. Haken (Hrsg.) Synergetics: A Workshop. Berlin u. a.: Springer Verlag.

    Google Scholar 

  • Rodewald, B., Schlichting, H.J. (1986): Prinzipien der Synergetik – erarbeitet an Spielzeugen. Praxis der Naturwissenschaft- Physik 35/4, 33–41.

    Google Scholar 

  • Schlichting, H.J. (1988a): Freihandversuche zu Phasenübergängen. Physik und Didaktik 16/2, 163–170.

    Google Scholar 

  • Schlichting, H.J. (1988b): Komplexes Verhalten modelliert anhand einfacher Spielzeuge. Physik und Didaktik 17/3, 231–244.

    Google Scholar 

  • Schlichting, H.J. (1990): Physikalische Phänomene am Dampf-Jet-Boot. Praxis der Naturwissenschaften – Physik 39/8, 19–23.

    Google Scholar 

  • Schlichting, H.J. (1992a): Geduld oder Physik – ein einfaches Spielzeug mit physikalischen Aspekten. Praxis der Naturwissenschaften – Physik 41/2, 5–8.

    Google Scholar 

  • Schlichting, H.J. (1992b): Schöne fraktale Welt- Annäherungen an ein neues Konzept der Naturwissenschaften. Der mathematische und naturwissenschaftliche Unterricht, 45/4, 202–214.

    Google Scholar 

  • Schlichting, H.J. (1994): Auf der Grenze liegen immer die seltsamsten Geschöpfe – Nichtlineare Systeme aus der Perspektive ihrer fraktalen Grenzen. Der Mathematische und Naturwissenschaftliche Unterricht 47/8, 451–463.

    Google Scholar 

  • Schlichting, H. J. (2000): Energieentwertung – ein qualitativer Zugang zur Irreversibilität. Praxis der Naturwissenschaften – Physik 49/2, 2–6; ders.: Von der Energieentwertung zur Entropie. Praxis der Naturwissenschaften – Physik 49/2, 7–11; ders.: Von der Dissipation zur Dissipativen Struktur. Praxis der Naturwissenschaften – Physik 49/2, 12–16.

    Google Scholar 

  • Schlichting, H.J., Nordmeier, V. (1996): Strukturen im Sand. Kollektives Verhalten und Selbstorganisation bei Granulaten. Der mathematische und naturwissenschaftliche Unterricht 49/6, 323–332.

    Google Scholar 

  • Schlichting, H.J., Nordmeier, V. (2000): Thermodynamik und Strukturbildung am Beispiel der Entstehung eines Flussnetzwerkes. Der mathematische und naturwissenschaftliche Unterricht – MNU, 53/8, 450–454.

    Google Scholar 

  • Schlichting, H.J., Nordmeier, V., Buttkus, B. (1993): Wie fraktal ist der Mensch? – Anmerkungen zur Problematik des tierischen und menschlichen Stoffwechsels aus der Sicht der fraktalen Geometrie. In: Physik in der Schule, 9/31, 310–312.

    Google Scholar 

  • Schroeder, M. (1994): Fraktale, Chaos und Selbstähnlichkeit. Heidelberg: Spektrum Akademischer Verlag.

    Google Scholar 

  • Schwarzenberger, P., V. Nordmeier (2005): Chaos im Physikunterricht. In V. Nordmeier & V. Oberländer (Hrsg.). Didaktik der Physik – Berlin 2005. Berlin: Lehmanns Media.

    Google Scholar 

  • Schwartz, R.S., Lederman, N.G., Crawford, B.A. (2004). Developing Views of Nature of Science in an Authentic Contex: An Explicit Approach to Bridging the Gap Between Nature of Science and Scientific Inquiry. Science Teacher Education, 600–645.

    Google Scholar 

  • Sernetz, M. (2000): Die fraktale Geometrie des Lebendigen. Spektrum der Wissenschaft, 7, 72–79.

    Google Scholar 

  • Straube, P. (2016): Modellierung und Erfassung von Kompetenzen naturwissenschaftlicher Erkenntnisgewinnung bei (Lehramts-)Studierenden im Fach Physik, Dissertation. Berlin: Logos-Verlag.

    Google Scholar 

  • UP (2006): Chaos & Struktur (Themenheft). Unterricht Physik 17/94.

    Google Scholar 

  • Wierzioch, W. (1988): Ein Schwingkreis spielt verrückt. In W. Kuhn (Hrsg.): Vorträge der Frühjahrstagung der DPG Gießen 1988, 292–298.

    Google Scholar 

  • Worg, R. (1993): Deterministisches Chaos. Mannheim: Wissenschaftsverlag.

    MATH  Google Scholar 

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Nordmeier, V., Schlichting, HJ. (2020). Chaos und Strukturbildung. In: Kircher, E., Girwidz, R., Fischer, H. (eds) Physikdidaktik | Methoden und Inhalte. Springer Spektrum, Berlin, Heidelberg. https://doi.org/10.1007/978-3-662-59496-4_10

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